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光纤的波动理论(5)
作者:佚名    文章来源:不详    点击数:2303    更新时间:2007-2-13
光纤的波动理论
5.光纤中的模式传输

--- 由光纤的参数及工作波长计算出归一化频率V后,从图-14中就可以判断光纤中可能存在几种模式传输。

图-14 导模传输条件

2.3.3 近似解-LP模

---- 由于矢量模的求解繁琐, 对于大多数的实际光纤都采用近似解, 最常用的近似方法

是标量近似法(用于阶跃光纤)及 WKM 近似法(用于渐变光纤)。 标量近似法是指在弱导波

光纤中, 将光纤的横向电场和横向磁场当作标量处理, 所得到的导波模式称为线性偏振

模,用 LPmn "Linearly Po1arized(LP)modes" 表示。

1 特征方程

--- 在近似模式理论基础上,可得到标量的亥姆霍兹方程,写到圆柱坐标系中,可得到

点击在新窗口中打开图片 (2-63)

求解(2-63)式,通过变换得到直角坐标系中的横向场分量为

点击在新窗口中打开图片 (2-64)
点击在新窗口中打开图片 (2-65)

由电磁场的边界条件,可以确定出 点击在新窗口中打开图片模的特征方程为

点击在新窗口中打开图片 (2-66)

2 线性偏振模及其特性

---- 当模式截止, 点击在新窗口中打开图片时,利用第二类变型的贝塞尔函数渐进公式,由(2-66)式可得到

点击在新窗口中打开图片 (2-67)
所以,截止状态下 点击在新窗口中打开图片特征方程为
点击在新窗口中打开图片 (2-68)

也就是说, 点击在新窗口中打开图片模的归一化截止频率 点击在新窗口中打开图片点击在新窗口中打开图片来确定。

---- 求出各种LPmn模的归一化截止频率 点击在新窗口中打开图片。 因此, 当进入光纤中的信号归一化频率 点击在新窗口中打开图片大于某种模式的截止频率 点击在新窗口中打开图片时,该信号可在光纤中传输;反之,若 点击在新窗口中打开图片,则与 点击在新窗口中打开图片相应的模式将被截止,不能在光纤中传输。

---- 对于远离截止时的传输特性,其特征值 点击在新窗口中打开图片随归一化频率 点击在新窗口中打开图片而变化,因此远离截止时的

特征方程可简化为Jm(u)=0,从而 。远离截止时的特征方程 点击在新窗口中打开图片等于m阶贝塞尔函数的第n个

根 。表2-2给出了光纤中几个低次 点击在新窗口中打开图片模截止时的 点击在新窗口中打开图片值和远离截止时的 点击在新窗口中打开图片

----- 表2-2 -- 几种 点击在新窗口中打开图片模的 点击在新窗口中打开图片值和 点击在新窗口中打开图片

截止情况 点击在新窗口中打开图片模的 点击在新窗口中打开图片
点击在新窗口中打开图片 0 1 2
0 0 2.40483 3.83171
1 3.83171 5.52008 7.01559
2 7.10559 8.65373 10.17347

远离截止 点击在新窗口中打开图片模的 点击在新窗口中打开图片

点击在新窗口中打开图片 0 1 2
1 2.40483 3.83171 5.13562
2 5.52008 7.01559 8.41724
3 8.65373 10.17347 11.61984


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